Mis on elektrivälja intensiivsus: valem ja arvutused

Kõik materjalid koosnevad aatomitest, mis sisaldavad subatomaalseid osakesi nagu elektronid, prootonid ja neutronid. Neid aatomi osakesi nimetatakse ka laetud osakesteks. Elektronid on negatiivse laenguga, prootonid aga positiivselt. Kui aatom sisaldab prootonite arvuga võrreldes palju elektrone, on see väidetavalt negatiivselt laetud. Kui aatom sisaldab elektronide arvuga võrreldes palju prootoneid, on see väidetavalt positiivselt laetud. Igal elektrilaengul on sellega seotud elektriväli. Elektrilaengu üheks tunnuseks on elektrivälja intensiivsus.

Mis on elektrivälja intensiivsus?

Definitsioon: Elektrilaengut kannavad aatomi subatomaalsed osakesed nagu elektronid ja footonid. Elektroni laeng on umbes 1,602 × 10^-19kulombid. Iga laetud osake loob enda ümber ruumi, kus on tunda selle elektrilise jõu mõju. Seda ruumi laetud osakeste ümber tuntakse kui Elektriväli “. Alati, kui üksuse test tasuta asetatakse sellesse elektrivälja, kogeb see allika osakese kiiratavat jõudu. Laetud osakese elektrivälja asetamisel kogetud jõu suurust nimetatakse elektrivälja intensiivsuseks.

Elektrivälja intensiivsus on vektor suurus. Sellel on nii suurus kui ka suund. Alliklaengu elektriväljale mõjuv testlaeng kogeb jõudu ka siis, kui see on puhkeasendis. Elektrivälja tugevus ei sõltu massist ja kiirus katse laengu osake. See sõltub ainult testlaengu osakeses oleva laengu suurusest. Testlaeng võib olla kas positiivselt laetud või negatiivselt laetud osake.

Elektrivälja suuna määrab testlaengu osakese laeng. Elektrivälja intensiivsuse suuna tuletamiseks loetakse testlaeng positiivseks laenguks. Niisiis, kui positiivne testlaengu osake viiakse sellesse elektrivälja, kogeb see tõukejõudu. Seega suunatakse elektrivälja tugevus laengust eemale. Negatiivselt laetud katselaengu korral on elektrivälja tugevuse jõu suund lähtekoormuse osakese suunas.

Elektrivälja intensiivsuse valem

Vaatleme laetud osakest laenguga ‘Q’. See laetud osake tekitab selle ümber elektrivälja. Kuna see laetud osake on elektrivälja allikas, nimetatakse seda allikalaenguks. Lähtelaengu tekitatud elektrivälja tugevuse saab arvutada, asetades selle elektrivälja teise laengu. Seda välise laengu osakest, mida kasutatakse elektrivälja tugevuse mõõtmiseks, nimetatakse testlaenguks. Olgu testlaengu laenguks q.

Elektrivälja intensiivsus

Kui testlaeng asetatakse elektriväljale, kogeb see kas atraktiivset elektrijõudu või tõrjuvat elektriallikat. Tähistatakse jõudu tähega F. Nüüd saab elektrivälja tugevuse suurust määratleda kui “jõudu katselaengu kohta ühe laengu kohta”. Seega antakse elektrivälja intensiivsus ‘E’ kui

E = F / q —— Eqn1

Siinkohal peetakse lähtelaengu osakese laengut pigem katse laengu osakese laenguks. Kui arvestada SI ühikutes, on elektrivälja intensiivsuse ühikuteks newton kulonbi kohta. Elektrivälja intensiivsus ei sõltu testlaengu osakese laengu suurusest. Seda mõõdetakse kogu lähtekoormuse ulatuses sama suurusega, olenemata testlaengu osakese laengust.

Coulombi seadusest

Elektrivälja intensiivsust tuntakse ka kui elektrivälja tugevust. Elektrivälja tugevuse valemi võib tuletada ka Coulombi seadusest. See seadus annab seose osakeste laengute ja nende vahelise kauguse vahel. Siin on need kaks laengut „q” ja „Q”. Seega antakse elektrijõud ‘F’ kujul

F = k.q.Q / d^kaks

kus k on proportsionaalsuse konstant ja d on laengute vaheline kaugus. Kui võrrandis 1 asendatakse see võrrand jõuga, tuletatakse elektrivälja intensiivsuse valem järgmiselt

E = k. Q / d^kaks

Ülaltoodud võrrand näitab, et elektrivälja intensiivsus sõltub kahest tegurist - allika laengu laengust ‘Q’ ning allika laengu ja testlaengu vahelisest kaugusest.

Seega laengu elektrivälja intensiivsus sõltub asukohast. See on pöördvõrdeline lähtelaengu ja testlaengu vahelise kauguse ruuduga. Kui kaugus suureneb, väheneb elektrivälja tugevus või väheneb elektrivälja intensiivsus.

Elektrivälja intensiivsuse arvutused

Elektrivälja intensiivsuse valemi põhjal tuletati, et

• See on pöördvõrdeline lähte- ja testlaengute vahekaugusega.
• Otse proportsionaalne lähtelaengu laenguga Q.
• Ei sõltu testlaengu ’q’ laengust.

Kui neid tingimusi rakendatakse pöördvälja seadusele, antakse vahemaa d1 elektrivälja tugevuse (E1) ja vahemaa (d2) elektrivälja intensiivsuse (E2) suhe

E1 / E2 = d^kaks1 / d^kakskaks

Seega, kui vahemaad suurendatakse 2 korda, väheneb elektrivälja intensiivsus 4 korda.

Arvutage elektrivälja tugevus, mis mõjutab osakest, mille laeng on -1,6 × 10^-19C, kui elektrijõud on 5,6 × 10^-viisteistN.

Siin antakse jõud F ja laeng ‘q’. Seejärel arvutatakse elektrivälja tugevus E järgmiselt E = F / q

seega E = 5,6 × 10^-viisteist/ 1,6x10^-19= -3,5 × 10⁴N / C

Jõu mõõtmete valem (njuuton) ühiku kg.m / s kohta^kakson MLT^{- kaks}. Amper-sek kulonbi mõõtmete valem on AT. Seega on elektrivälja tugevuse mõõtvalem MLT^-3TO^-1.

KKK

1). Kuidas määratakse elektriväli?

Elektrivälja määratletakse jõuna laadimisühiku kohta.

2). Mis on proportsionaalsuskonstandi k väärtus?

Coulombi seaduses on proportsionaalsuskonstandi k väärtus 9,0 × 10⁹N.m^kaks/ C^kaks.

3). Kas elektrivälja tugevus sõltub testlaengu laengu hulgast?

Ei, elektrivälja tugevus ei sõltu suurusest “q”. Coulombi seaduse järgi suureneb laengu suurenedes sama teguriga ka elektriline jõud. Seega need kaks muudatust tühistavad üksteise. Seda saab mõista elektrivälja tugevuse valemi E = F / q järgi.

4). Mis on elektrivälja tugevuse suund, kui kasutatakse positiivselt laetud testosakest?

Positiivse laengu osakese kasutamisel suunatakse elektrivälja intensiivsusvektor alati positiivselt laetud objektidest eemale. Kuna nii lähtelaeng kui ka testlaeng on positiivse laenguga, tõrjuvad nad üksteist. See on vastupidi, kui negatiivselt laetakse osakesi.

Seega läheb asi keeruliseks, kui punktlaeng asetatakse paljude lähtelaengute mõju alla. Siin esialgu elektrivälja arvutatakse üksikute allikatasude tugevus. Seejärel annab kõigi nende intensiivsuste vektorite summa tulemuse väljatugevuse sellel punktlaengul. Mis on elektrivälja tugevuse suund, kui testlaeng on negatiivne?